深孔加工设备 技术领域
本发明涉及一种加工设备，尤其是一种深孔加工设备。
背景技术
所谓的深孔，就是指长度远大于直径的孔，例如一些油通道通孔，通孔长度为400-500mm，孔的尺寸为φ8mm，长径比为50以上，加工难度极大，一股的加工方法几乎无法完成上述加工，常规的加工方法采用专用机床、用枪钻分段加工的方式，其设备本身成本较高，加工成本也较高，平均加工一件产品所需的时间为5-10分钟，其加工效率也不理想。
深孔加工主要有以下难点：1、工件本身长径比很大，安装定位比较困难；2、所加工的深孔较长，不易冷却和排屑；3、刀具在进给过程中容易损坏。
以前的安装定位用三爪卡盘夹紧，尾端采用中心架支撑，中心架由环形主体构成，环形主体上均匀设置有三个支撑结构，支撑结构通过螺纹与环形主体相连接，工件穿过环形主体并被夹持在三个支撑结构之间，通过旋转支撑结构即可定位工件，但是这种装夹方式时间长，中心架的压紧靠人工调整，受操作者的经验影响较大，熟练的操作者能比较快调整好，生疏的操作者则会花费较多的时间来调整。近年来，出现了一种顶尖定位装置，例如中国专利申请公开书CN 200942436Y就公开了这样一种顶尖定位装置，其主轴安装有夹头和顶尖，其中心架上滑动配合有一个与主轴上的顶尖相向的空心顶尖，钻头穿过空心顶尖且与空心顶尖间隙配合。而在中国专利申请公开书CN 201095040Y上也公开了类似的一种定位中心架，其中心架上设置有与机床主轴同轴的承料圈，承料圈与中心架转动连接，且其内腔呈锥台形。以上两种结构均是利用中心架的移动来夹紧工件，即工件夹持位置为固定，其加工端面与刀具的定位随着不同的工件而不同，每更换一次工件，刀具的起始加工位置都要重新确定，从而影响加工精度，对生产效率产生影响，而且它们都不具有密封效果，在进行冷却排屑时，中心架中旋转部位的旋转将造成粉尘和飞溅物不定向的飞溅，从而对厂区环境的污染和威胁操作者的安全与健康。
在传统的深孔加工设备进行刀具进给时，进给系统采用滚珠丝杆螺母副传动，通过伺服电机进行驱动，制造成本较高，在加工质量要求比较高的深孔加工中缺少平稳性，容易影响深孔的加工质量，且当加工中出现工件的材料硬度高、刀具磨损等问题时，机床无法自动反应以调节走刀量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种夹紧简便、定位可靠的深孔加工设备。
本发明解决其技术问题所采用的深孔加工设备，包括床体、进给系统、中心架、刀具和主轴箱，进给系统、中心架安装在床体上，刀具设置在进给系统上，床体上设置有直线导轨，主轴箱安装在直线导轨上并通过直线导轨进行轴向位移，主轴箱上设置有锥形顶尖，中心架上设置有与中心架动配合的工件顶紧套，工件顶紧套内壁呈圆锥形，并且锥形顶尖与工件顶紧套同轴。
进一步的是，中心架包括夹具座、架体，架体安装在夹具座上，架体内侧装配有轴承，旋转体通过其外表面装配在轴承上，旋转体内壁与工件顶紧套外壁相适配，工件顶紧套通过旋转体与中心架动配合。
进一步的是，中心架的架体前端设置有前盖板，架体的尾端设置有后盖板，后盖板中心位置设置有进刀孔，架体与后盖板之间设置有空腔，架体在空腔部分的壁上设置有出渣口。
进一步的是，所述的中心架的旋转体与架体之间设置有密封圈。
进一步的是，中心架的旋转体位于空腔的部分设置有排渣孔。
进一步的是，中心架的架体在空腔部分的壁上设置有喷嘴。
进一步的是，进给系统包括后缸、前缸、气源和电气控制系统，气源连接在三位五通进气口上，前缸通过前缸管路与三位五通反动作出气口相连，后缸通过后缸管路与三位五通正动作出气口相连，并且前缸管路上设置有前缸电磁阀，后缸另外设置有工进管路与三位五通反动作出气口相连，工进管路上设置有工进电磁阀、减压阀和压力表。
进一步的是，进给系统还包括阻尼缸，阻尼缸前缸和后缸通过阻尼油管路相连，阻尼油管路上设置有节流阀，并且阻尼缸主轴与气缸主轴连接固定。
进一步的是，进给系统的阻尼油管路上还设置有与节流阀并联的阻尼缸电磁阀。
进一步的是，主轴箱轴向运动由气缸驱动。
本发明的有益效果是：工件通过主轴箱的位移夹持在锥形顶尖与中心架间，其夹持操作简便，定位可靠，还能为后续的刀具定位提供方便，有利于提高加工精度和效率。刀具在加工工件时，由于中心架呈密封状态，使得加工产生的粉尘、飞溅物可以从出渣口排出，有效的保护的操作者的健康和安全。采用压缩空气驱动气缸为驱动动力，通过各种气阀控制压缩空气的流量来控制进刀速度，进给平稳可靠，制造成本和使用成本较低，且当出现工件材料硬度高、刀具出现磨损时，受切削阻力的影响，刀具的进给速度会自动降低，大大降低工件由于刀具施加力过大而折断的风险，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是中心架的结构示意图；
图3是进给系统的原理图；
图中零部件、部位及编号：气缸1、主轴箱2、锥形顶尖3、工件4、中心架5、刀具6、进给系统7、床体8、夹具座9、前盖板10、轴承11、定位螺钉12、定位孔13、喷嘴14、后盖板15、密封圈16、旋转体17、排渣孔18、进刀孔19、工件顶紧套20、架体21、空腔22、出渣口23、阻尼缸电磁阀24、节流阀25、阻尼缸26、前缸电磁阀27、前缸管路28、工进电磁阀29、工进管路30、减压阀31、后缸管路32、压力表33、后缸电磁阀34、后缸35、前缸36、进给气缸主轴37、阻尼油管路38。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明包括床体8、进给系统7、中心架5、刀具6和主轴箱2，进给系统7、中心架5安装在床体8上，刀具6设置在进给系统7上，床体8上设置有直线导轨39，主轴箱2安装在直线导轨39上并通过直线导轨19进行轴向位移，主轴箱2上设置有锥形顶尖3，中心架5上设置有与中心架5动配合的工件顶紧套20，工件顶紧套20内壁呈圆锥形，并且锥形顶尖3与工件顶紧套20同轴。主轴箱2可以通过滑槽与直线导轨39滑动配合，也可以通过滚轮与直线导轨39进行滚动配合。在对工件4进行深孔加工时，首先在工件4一端中心设置一定位孔，将锥形顶尖3装入此孔，并将工件4的另一端插入工件顶紧套20内，工件顶紧套20可以通过滚动配合的方式安装在中心架5上，也可通过滑动配合的方式安装在中心架上，只要其能旋转即可。此时驱动主轴箱2往中心架5方向运动，工件4会被夹持在锥形顶尖3与中心架5之间，即工件4与锥形顶尖3同轴，工件4与工件顶紧套20的也同轴，因此在操作过程中只需驱动主轴箱2压紧工件4到中心架5上即可完成定位定心，而无需再调整中心架5。在上述的夹持过程中，中心架5保持固定不动，无论工件4的长短，均可通过主轴箱2的轴向移动来适应中心架5的位置，此时工件4的加工端面在床体8上的位置为固定不变的，即工件4的长短不会影响到刀具6的初始加工定位，当所加工的工件4直径不同时，可以通过设置工件顶紧套20的内径，以此使得其加工端面在床体8上的位置不变，整个夹持过程为后续的加工定位提供了方便，可以有效的提高加工精度和效率。主轴箱2的轴向运动可以采用电机、液压缸、气缸等动力源驱动，也可以手动驱动后再固定定位，只要更保持足够的夹持力即可。
如图2所示，中心架5包括夹具座9、架体21，架体21安装在夹具座9上，架体21内侧装配有轴承11，旋转体17通过其外表面装配在轴承11上，旋转体17内壁与工件顶紧套20外壁相适配。与工件4安装到工件顶紧套20类似，工件顶紧套20也通过同样的方法安装到旋转体17上，旋转体17相对于架体21可以做旋转运动，即在主轴箱2的驱动下，工件4带动工件顶紧套20与旋转体17一起做旋转运动，由此可以方便的实现深孔加工，此种方式使得工件顶紧套20也便于安装定位，并且可以依据工件4的不同或者自身损坏而方便更换。
如图1、图2所示，中心架5的架体21前端设置有前盖板10，架体21的尾端设置有后盖板15，后盖板15中心位置设置有进刀孔19，架体21与后盖板15之间设置有空腔22，架体21在空腔22部分的壁上设置有出渣口23。前盖板10与后盖板15的设置加入使得中心架处于密封的状态，刀具6穿过进刀孔19对工件4进行加工，即工件4的加工过程在密封的空腔22中进行。在加工过程中，将产生大量的粉尘和飞溅物，会对操作者的健康和安全造成较大影响，通过设置前盖板10与后盖板15，将大部分粉尘和飞溅物阻挡在空腔22中，并在重力的作用下通过出渣口23排出。
如图2所示，旋转体17与架体21之间有一定的间隙，加工中产生的粉尘就会穿过这个间隙，进而影响轴承11，为解决以上问题，中心架5的旋转体17与架体21之间设置有密封圈16。
如图2所示，由于工件顶紧套20内壁呈圆锥形，工件4在安装定位后不会穿过工件顶紧套20，同理，工件顶紧套20也不会穿过旋转体17，因此加工中产生的粉尘和飞溅物会首先留着工件4未穿过的旋转体17部分，为更加方便排出粉尘与飞溅物，中心架5的旋转体17位于空腔22的部分设置有排渣孔18。此时产生的粉尘和飞溅物会随着旋转体17的旋转而从排渣孔18中排出。
如图1所示，在加工过程中，粉尘由于质量轻，容易悬浮在空腔22中，或者依附于壁上，为了解决以上问题，架体21在空腔22部分的壁上设置有喷嘴14。此时，通过喷嘴14向空腔22内喷水，从而不停的冲洗内部，使得粉尘和飞溅物快速通过排渣口23排出，并且还能产生一定的冷却效果。
如图3所示，进给系统7包括后缸35、前缸36、气源和电气控制系统，气源连接在三位五通34进气口上，前缸36通过前缸管路28与三位五通34反动作出气口相连，后缸35通过后缸管路32与三位五通34正动作出气口相连，并且前缸管路28上设置有前缸电磁阀27，后缸35另外设置有工进管路30与三位五通34反动作出气口相连，工进管路30上设置有工进电磁阀29、减压阀31和压力表33。在初始状体，三位五通34的正动作出气口、反动作出气口均保持连通状态，前缸电磁阀27也处于连通状体，此时后缸35和前缸36保持压力均衡，当需要进给时，前缸电磁阀27断开排气，此时的后缸35压力大于前缸36，从而实现进给。在需要低压低速进给时，三位五通34的正动作出气口断开，连通工进电磁阀29，此时后缸35连通三位五通34的反动作出气口，由于减压阀29作用，使得通过工进管路30进入后缸35的气体压力小，使得整个进给运动平稳，从而达到低压低速进给的要求，并且在工进管路30中安装有气压表33，可以随时控制气压，当需要切换高压高速进给时，则用相反的方法。在需要后退时，倘若处于高压高速进给时，则连通三位五通34的正动作排气孔，倘若处于低压低速进给时，则断开工进电磁阀29并连同三位五通34的正动作排气孔，打开前缸电磁阀27使得前缸36连通三位五通34的反动作出气口，此时前缸36压力大于后缸35，从而实现后退。在整个进给和后退的过程中，所有电磁阀均由电气控制系统控制，可以在任意位置实现上述动作。在工作状态时，倘若材料硬度大或者负荷增大，则气体会压缩，气压增大，从而减少进气量，进而减少进刀量，反之亦然。
在以上技术措施的基础上，如图3所示，所述的进给系统7还包括阻尼缸26，阻尼缸26前缸和后缸通过阻尼油管路38相连，阻尼油管路38上设置有节流阀25，并且阻尼缸26主轴与气缸主轴37连接固定。阻尼缸26包括缸体、阻尼油与连通前缸和后缸的管路，在阻尼缸26的主轴前进过程中，阻尼油通过阻尼油管路38从前缸流入后缸，由于节流阀25的存在，阻尼油会在节流阀25处受到阻碍，从而实现提供阻力的作用，同理，从后缸流入前缸也是如此。阻尼缸26主轴与进给气缸主轴37相互连接固定，即两主轴做相同运动，在上述实施方式中，阻尼缸26的加入将使得进给系统在传递运动时受到阻力，从而有效的对运动进行缓冲，使得运动更加平稳，而不会因为气体气压的波动造成运动的波动。
在实际的生产过程中，进给系统7通常要求缓进快退，为此，在以上技术措施的基础上，如图3所示，所述进给系统7的阻尼油管路38上还设置有与节流阀25并联的阻尼缸电磁阀24。在需要快速进给和快速后退时，连通阻尼缸电磁阀24，阻尼油就可以通过阻尼油管路38快速在阻尼缸26的前缸和后缸中传递，此时阻尼缸26只提供较小的阻力，从而实现快进或快退。当需要工作进给时，此时断开阻尼缸电磁阀24，阻尼油必须通过节流阀25从前缸进入后缸，从而产生较大的阻力，使得整个进给过程平稳、低压。
如图1所示，主轴箱2轴向位移由气缸1驱动，以此达到夹持工件4的目的。气缸1结构简单，经济适用，利于使用和安装，气缸1在过载时能自动保护，从而使得夹持更安全可靠。